礦井多區域均衡通風優化方法與應用

宋鋒鋒

（山西西山臨汾能源有限責任公司，山西 臨汾041000）

0 引言

隨著礦井采掘深度的不斷延伸、高強度開采等因素影響，造成現階段礦井的通風條件較礦井前期的設計方案存在較大的出入，繼而使得很多礦井的通風能力未能夠滿足實際生產的需求，主要表現為通風系統效率低下、設備老化嚴重以及能耗大等問題。礦井通風能力的不足嚴重威脅著綜采工作面生產的安全性，非常有必要對此類礦井的通風系統進行優化設計。本文結合光道礦通風系統的實際情況，通過采區均衡通風的優化與控制，達到了礦井通風阻力增長最小化的目的,滿足了礦井通風需求，保證了礦井安全生產。

1 礦井概況及通風系統現狀分析

光道礦位于山西洪洞山頭鄉西龍門村，井田位于霍西煤田西南部，煤層瓦斯相對涌出量1.53 m3/t，屬低瓦斯礦井，設計生產能力1.20 Mt/a，主要開采太原組9號、10號煤層。礦井現采用中央邊界式的通風方式，通風方法為機械抽出式，實現對礦井的多區域通風。煤礦通風井分為上組煤風井和下組煤風井，上組煤風井在建設初期所設計的直徑為3 m，垂直深度為87.5 m；下組煤風井在建設初期所設計的直徑為4 m，垂直深度為83 m。所采用的通風機的具體型號為2K56-3-NO18，通風機數量為2臺；通風機所配置電機的功率為310 kW，型號為JSQ148-6；上組煤風井中通風機葉片的安裝角度為35°，下組煤風井中通風機葉片的安裝角度為40°。光道礦的進風、回風井參數見表1。

表1 進風井、回風井參數Table 1 Parameters of inlet and air return shafts

對實踐過程中通風情況進行統計可知，當在工作面淺部生產時，當前通風系統處于通風最容易期；而當在工作面深度生產時，由于通風距離增加，對應的工作面的通風阻力顯著增大，當前通風系統處于通風困難期[1]。經分析可知，目前礦井所配置的通風系統及通風管路僅能適應現階段的生產規模，若后期根據生產需求進一步增加生產能力對應工作面的通風負荷會顯著增大，現有通風能力無法滿足擴產后的通風要求[2]。因此，為實現該礦井的可持續高產、高效生產需對通風系統進行改造。

2 多區域均衡通風系統的優化設計

為解決礦井擴產工作面的通風需求增加，光道礦更換礦井主要通風機、對下組煤風井通風系統進行優化設計、實現礦井下組煤風井和上組煤風井的聯合通風，以及采取適當的管理措施對礦井多區域均衡通風系統進行優化改造設計[3]。

2.1 更換主要通風機

經調查研究，現階段通風系統的通風能力已經處于飽和狀態，具體表現為，對上組煤風井只能夠保證井上正常生產系統的通風量需求；對于下組煤風井還存在通風量不足的問題。

光道礦現有礦井通風系統所采用通風機的葉片角度為45°，對應的最大通風量為4 511 m3/min，且對應通風機的運行效率僅為63%，主通風機已經處于飽和運行狀態。根據該型號通風機的性能，將其葉片安裝角度調整為最大的50°，對應的最大通風量僅為6 000 m3/min，仍無法適用工作面擴產后的通風要求。因此，需更換主通風機，也是最為直接、有效的改造方案。在現有通風機進行調研的基礎上，結合當前通風機的參數，將原2K56-3-NO18通風機更換為BDK-8-NO24通風機，該型通風機的參數見表2。

表2 BDK-8-NO24通風機參數Table 2 BDK-8-NO24 ventilator parameters

2.2 下組煤風井通風系統的優化設計

礦井主通風機更換后，雖然工作面的通風量顯著增加可滿足實際生產的通風量需求。但對于礦井整個通風要求而言還需重點考慮通風負壓。更換通風機后，工作面的通風負壓較大，因此需對下組煤風井通風系統進行優化調整布置。針對下組煤風井通風系統的優化，主要通過降低通風阻力和簡化通風網絡2個方面進行優化設計[4]。

（1）降低工作面通風阻力，進而降低負壓。

將工作面回風阻力相對集中巷道進行擴建，增大其斷面面積，并拆除工作面已報廢的通風設備；在與擔負該礦井回風任務的回風巷旁邊掘進1條新的回風巷[5-6]。采取上述降阻措施后，工作面實際通風網絡解算與僅更換主通風機相比較的結果見表3。

表3 更換主通風機和降阻后通風解算結果對比Table 3 Comparison of ventilation calculation results after replacing the main ventilator and reducing resistance

由表3可知，對工作面采取上述降阻措施后，工作面上組煤風井和下組煤風井的通風量變化不大，而工作面的通風壓力得到明顯改善，即證明降阻措施的有效性[7]。

（2）簡化通風網絡。

工作面主通風機更換后，對東一回風巷、西五回風巷以及東翼回風巷進行擴建，同時將西二、西四的通風系統優化拆除。為驗證簡化通風網絡對工作面通風阻力的降低效果，對上述擴建位置處的通風阻力進行解算[8-9]，得出結果見表4。

表4 簡化通風網絡的降阻效果Table4 Resistancereductioneffectofsimplifiedventilationnetwork

由表4可知，對工作面東一回風巷、西五回風巷以及東翼回風巷進行擴建，同時將西二、西四的通風系統優化拆除后，東一回風巷、西五回風巷以及東翼回風巷的風阻得到明顯降低，即驗證了簡化通風網絡的有效性[10]。

3 結 語

隨著工作面的不斷推進，開采深度的不斷增加以及開采效率的不斷提升，對工作面通風系統提出了更高的要求。在此背景下，往往會出現煤礦開采初期所設計的通風系統無法滿足實際生產需求的問題，為此需對通風系統進行改造設計。本文采用更換主通風機、新增回風巷井以及對原回風井巷擴建或拆除的手段對礦井通風系統進行優化設計，達到增加通風量，降低通風阻力和壓力的目的，為實現礦井的可持續、高效、高產生產提供保障。